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非晶/纳米晶软磁合金具有优良的综合磁性能,它的饱和磁感应强度高、起始磁导率高、矫顽力低、磁滞回线为矩形或扁平、在较宽频率范围内的有效磁导率高、铁芯损耗低、在工作温度范围内磁性稳定,是一类应用前景非常广泛的敏感材料。对于传感器技术的发展而言,敏感材料是关键问题之一。虽然流量传感器的研发和应用已经有很长的发展历史,但是,流体工质的复杂性、敏感材料和电子技术一直制约着流量传感器的进一步发展。
本文从纳米晶软磁合金的敏感机理入手,分析了它应用在流量传感器上的物理基础。利用纳米晶软磁合金具有高磁导率、低矫顽力等特点,根据电磁感应原理,设计并制作了一种纳米晶磁性传感器,并通过建立模型,对探头结构进行了有限元分析;根据流体流动的特性,设计并制作了把流体流速转换成可测量信号的传动机构,并与纳米晶磁性传感探头构成流量传感器,实现流体流速信号到电信号的转变,从而实现了对流体流速的测量。设计了针对这种传感器输出信号特点的一套信号处理电路系统,对来自传感探头的信号进行变换和提取,并利用SST89E564RD芯片对提取的信号进行计算处理,并驱动显示装置把结果直观地显示出来。
传感器及其信号处理系统经过运行和调试后性能良好,传动机构和传感探头组合能稳定而灵敏地实时输出包含流体介质运动情况的电压波形信号,经过信号处理系统处理后,直接显示输出流体的流速或流量。通水实验结果表明,该传感器的性能稳定,灵敏度高,具有一定的实用价值,较好地实现了纳米晶软磁合金在实际中的应用。